復網絡通信背景下ARM嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)

江森

摘要：提出復網絡通信背景下ARM嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)系統(tǒng)。具體設計包括設備驅動程序開發(fā)、移植代碼編寫、嵌入式系統(tǒng)交叉調試。根據實驗結果的對比，再對通信數據的調試度方面，本文設計的基于復網絡通信的ARM嵌入式系統(tǒng)軟件相比于通用設計有著比較大的優(yōu)勢，這體現在調試過程的平穩(wěn)性上，基本保持在調試度標準線內浮動。

關鍵詞：復網絡通信;ARM;嵌入式;系統(tǒng)軟件

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）29-0021-02

根據世界現行電氣與電子工程師協(xié)會（Association ofElec-trical and Electronic Engineers）的國際定義，嵌入式系統(tǒng)是一種用于控制、監(jiān)管或輔助設備、儀器與車間運轉的設置，是指的是以現實應用為中心、以計算機通信技術為應用前提、軟硬件能裁減、適合系統(tǒng)對功能、安全性、經濟成本、設備體積、損耗嚴格要求的專門化計算機系統(tǒng)。這一系統(tǒng)內部運轉的程序利用實現自動控制與管理相關設備，有的甚至具備功能自適應性，擁有高度智能，所以這種技術具備非常廣泛的社會價值。嵌入式系統(tǒng)是繼計算機通信技術以后IT領域出現的又一個全新的關鍵技術發(fā)展方向。嵌入式系統(tǒng)現在已經被廣泛地應用在計算機通信、電子銅通訊、工業(yè)設計、國防控制等諸多領域。伴隨計算機技術和通信技術的雙重進步，嵌入式系統(tǒng)的研究與開發(fā)擁有越來越巨大的市場潛力。

ARM作為一種新型的基于精簡指令集合計算機（Base re-duced instruction set computer）建構的通用犯位微處理器。ARM公司是業(yè)界比較專業(yè)的16犯位嵌入式處理器專門提供商，其產品已經占領了大概百分之七十八的基于精簡指令集合計算機（Base reduced instruction set computer）處理器市場。ARM處理器核擁有高性能、低成本和低耗能的諸多優(yōu)勢，因為市場占有率比較高、應用范圍比較廣，ARM處理器的一部分應用標準已經發(fā)展為便攜式通信儀器、手持電子設備、多媒體數字消費等嵌入式方案中規(guī)定的國際標準嘲。一個嵌入式系統(tǒng)通常情況下能夠分為四大內容組成，分別是嵌入式處理器、嵌入式外圈設備、嵌入式操作系統(tǒng)以及嵌入式應用軟件平臺，其中嵌入式處理器與嵌人式外圈設備均是嵌人式硬件平臺的主要構成部分，嵌入式系統(tǒng)的四大部分之間是密切聯(lián)系的，只有具備了這四個部分，才可以充分發(fā)揮出嵌入式系統(tǒng)的實際功能。

1基于復網絡通信的ARM嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)

伴隨信息化、自動化、智能化的創(chuàng)新式發(fā)展，嵌人式技術現今為止早已經發(fā)展為通信與消費類產品的未來發(fā)展方向。因為金融、工業(yè)、機器、國防等一系列領域對智能控制的現實需求也在不斷增長，嵌入式微處理器在計算速度、擴展能力、安全性、損耗以及信息集成度等方面所具備的優(yōu)良性能，造成嵌入式系統(tǒng)的應用范圍逐漸擴大，尤其是最近幾年嵌入式技術與計算機通信網絡技術的雙重結合在一定程度上大大擴展了嵌人式系統(tǒng)的應用范圍與領域。綜合嵌入式系統(tǒng)發(fā)展歷史來看，在嵌入式系統(tǒng)發(fā)展早期，其應用設備比較簡易，嵌入式軟件主要表現在一些控制環(huán)節(jié)上。伴隨嵌人式系統(tǒng)的迅猛發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的功能也越來越復雜化，簡易控制邏輯已經沒有辦法滿足其諸多要求，這個時候自動化、層次化的系統(tǒng)設計原則就顯得越發(fā)重要，嵌入式軟件也隨之成為嵌入式系統(tǒng)設計創(chuàng)新與市場增值的關鍵性因素，也成為未來市場競爭力的有力表現。嵌入式系統(tǒng)主要是以應用為中心以及以計算機通信技術為前提條件的，并且其軟件是能夠進行大幅度裁減的，可以滿足自身應用系統(tǒng)對功能屬性、安全性、設備體積、損耗等指標的標準要求的專門還化計算機應用系統(tǒng)。它能夠實現對其他設備的控制、監(jiān)管等功能。本文就以完成嵌入式系統(tǒng)的軟件開發(fā)為最終目的，闡明嵌入式系統(tǒng)軟件的開發(fā)應用過程。

1.1設備驅動程序開發(fā)

在嵌入式Linux系統(tǒng)軟件開發(fā)過程中，有相當一部分的工作量是服務于各式各樣儀器設備的編寫式驅動程序嘲。在軟件平臺上開發(fā)嵌入式LinuX的設備驅動程序和在其他平臺上開發(fā)是一致的。總而言之，實現一個嵌人式Linux軟件設備開發(fā)應用的一般環(huán)節(jié)大致如下所示：首先，查看設備內部的運作程序圖，了解和掌握設備的基本工作原理;第二步，對主設備號進行定義;第三步，在驅動程序內部完成驅動初始化。一旦驅動程序采取模塊的手段，那么就需要執(zhí)行模塊初始化。第四步，設計需要實現的一系列文件操作，對file-operations結構進行定義;第五步，執(zhí)行中斷服務（中斷在這里指的并不是每一個驅動設備所必需的）;第六步，對該驅動程序編譯過程中，在其內核中需要使用insmod指令完成加載步驟;第七步，開始測試該設備。

至于音頻設備的驅動，$4C2190X內設定的135總線接口可以與其他生產廠商提供的通信編解碼芯片連同使用。提供135接口可以讀取到135總線上儲存的大部分數據，也能夠為FIFO數據提供有關DMA的輸入模式，可以對數據進行傳輸和接收。$4C2190X中，有兩條并行數據線，一條用于信號數據線的輸人，一條用于信號數據線的輸出，以便可以對進行傳輸。音頻設備的驅動程序涉及的設備驅動代碼較多，主要有以下幾個主要模塊：UDAl314驅動初始化;開啟音頻設備;數據緩存設計;%ioefl系統(tǒng)調取;%音頻數據的相關錄制。

1.2編寫移植代碼

在深度掌握目標系統(tǒng)基本架構和操作原理的前提下，真正的編寫移植代碼工作相對來說就比較簡單tzC/OS-II的綜合源代碼量大概是7000-8000行，總共有18個文件，而且uC/OS-II自身代碼基本上均是用ANSIC編寫的，其代碼層次比較簡單。根據《嵌入式軟件操作系統(tǒng)IxC/OS-II》的一系列標準要求的指導，我們能夠明確和軟件平臺有關的移植代碼單單只是存在于OS_CPU_A.ASM、OS_CPU_C.C以及OS_CPU.H這三個文件之中。工作流程中需要完成的工作量也比較少，只需要對三個與ARM架構有關的文件進行刪改即可，代碼量大概固定在600行。

必須要明確移植部分需要刪改的部分內容：

與編譯器有關的數據類型包括BOOLEAN、INT2S、INTl3U、INT9U、INT13S、INT62U、INT64S、FP64、FP89;宏包括OS_ENTER_CRITICALO與OS_EXIT_CRITICAL0兩類;數據常量具體是指OS STK GROWTH;數據函數主要有OS_TASK_SW0、OSTaskSflnitO;另外在OS_CPU_C.C內，編寫20個用戶函數，其中唯一需要設計的函數就是OSTasklnit（1，作用于初始化任務的一系列堆棧。

1.3嵌入式系統(tǒng)交叉調試

交叉調試（crOSS Debugging）普遍意義上來講被稱之為遠程調試（Remote debugging），是一種調試器能夠以某種手段控制、鏈接、訪問目標機上被調試進程的運轉手段，并具備查詢與刪改目標機上內存單元（Memory unit）、寄存器（Register）以及被調試進程中變量值（variate-value）等各式各樣調試功能的調試手段。嵌入式系統(tǒng)的交叉調試有許多方法，能夠被細劃為不同運行層次。嵌入式操作系統(tǒng)的內核調試比較來說會比較困難，由于在其內核運轉中不方便隨意增添調試器程序環(huán)節(jié)，只可以利用遠程調試的手段，利用串口與操作系統(tǒng)內置的調試樁fDebng-gingpile）進行通信，實現調試。

嵌人式軟件在經過一系列標準的編譯（compile）與鏈接（Tn-terlinkage）之后就可以繼續(xù)進入調試階段（Debugging Stage），調試作為軟件開發(fā)中至關重要的一個關鍵流程，嵌入式軟件開發(fā)過程中的交叉調試和通用軟件開發(fā)過程中的調試方式還是有一定差別的。

在通用軟件開發(fā)過程中，調試器（Debugger）和被調試的程序通常會在同一臺計算機上進行運行，調試器（Debugger）作為一個單獨運轉的應用進程，它利用操作系統(tǒng)提供的調試接口去控制被調試過程。而在嵌入式軟件開發(fā)過程中，調試的時候需要采取的就是在主機與目標機之間進行常規(guī)交叉調試，調試器依然會運行在主機的通用處理系統(tǒng)之上，調試器與被調試進程利用串口或計算機網絡進行通信，調試器能夠控制、鏈接被調試進程，讀取被調試進程的當前信息，并可以改變被調試進程的運轉狀態(tài)。

2實驗與效果分析

為了更加清楚、具體的看出本文設計的復網絡通信背景下ARM嵌入式系統(tǒng)軟件的實際應用效果，特傳統(tǒng)ARM嵌入式系統(tǒng)軟件進行對比，對其滲透率大小進行比較。

2.1實驗準備

為保證實驗的準確性，將兩種ARM嵌入式系統(tǒng)軟件設計置于相同的試驗參數之中，進行防滲能力試驗。試驗參數見下表。

2.2實驗結果分析

實驗過程中，通過兩種不同的ARM嵌人式系統(tǒng)軟件設計在相同環(huán)境中進行工作，分析其滲透率能力的變化。實驗應用效果對比圖見下圖所示。

根據實驗結果的對比，本文方法在通信數據調試度方面比通用設計有著較大優(yōu)勢，體現在調試過程的平穩(wěn)性上，基本保持在調試度標準線內浮動。

3結束語

本文對復網絡通信背景下ARM嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)進行分析，依托復網絡通信機制，根據ARM數據反饋與分析，對嵌人式系統(tǒng)軟件開發(fā)進行設計。實驗論證表明，本文設計的方法具備極高的有效性。希望本文的研究能夠為復網絡通信背景下ARM嵌入式系統(tǒng)軟件開發(fā)的方法提供理論依據。